Hydrodynamic habitat modelling based on freshwater macroinvertebrates

Abstract

Η χρήση υδροδυναμικών μοντέλων καταλληλότητας ενδιαιτήματος για την εκτίμηση της οικολογικής παροχής κατάντη ανθρωπογενών παρεμβάσεων θεωρείται η πιο ‘ασφαλής’ επιλογή σε περιπτώσεις όπου απαιτείται υψηλή ακρίβεια πρόβλεψης, ώστε οι σχετικοί διαχειριστές και ενδιαφερόμενοι να έχουν μία ισχυρή βάση για διαπραγμάτευση κατά τη διαδικασία κατανομής των αδειών χρήσης νερού. Παρά τη γενικότερη αποδοχή της αποτελεσματικότητας των σχετικών μεθόδων από την επιστημονική κοινότητα, η πρακτική τους εφαρμογή και χρήση είναι περιορισμένη σε σύγκριση με τις αντίστοιχες υδρολογικές μεθόδους. Επιπλέον, οι περισσότερες έως τώρα έρευνες εστιάζουν στα ψάρια, ενώ μεθοδολογίες, μοντέλα και λογισμικά που χρησιμοποιούν άλλους οργανισμούς-δείκτες του υδάτινου οικο-συστήματος δεν υπάρχουν. Εντός μιας ολιστικής όμως προσέγγισης της διαχείρισης των βιολογικών και υδάτινων πόρων, οι προτιμήσεις ενδιαιτήματος όλων των οργανισμών θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την υλοποίηση μελετών εκτίμησης της οικολογικής παροχής. Στη συγκεκριμένη έρευνα, αναπτύχθηκε μεθοδολογία εκτίμησης της οικολογικής παροχής με τη χρήση υδροδυναμικών μοντέλων καταλληλότητας ενδιαιτήματος βενθικών μακροασπονδύλων (ΒΜ) ως βιολογικών δεικτών. Συλλέχθηκαν υδρο-οικολογικά δεδομένα αναφοράς από εννέα μη ρυπασμένες θέσεις δειγματοληψίας σε τρεις εποχές στην Ελλάδα. Βάσει αυτών των δεδομένων, αναλύθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν οι προτιμήσεις ενδιαιτήματος των ΒΜ. Αναπτύχθηκε σχετικός δείκτης καταλληλότητας ενδιαιτήματος ΒΜ (Κ) ο οποίος ενσωματώνει τέσσερεις βασικές μετρικές-δείκτες της κατάστασης της κοινότητας των ΒΜ και ο οποίος συμπεριελήφθη σε σχετικό δείκτη βέλτιστης οικολογικής παροχής (OFS). Χρησιμοποιώντας τους ανωτέρω δείκτες εκτιμήθηκε η ακρίβεια πρόβλεψης διαφόρων αλγορίθμων-μεθόδων προσομοίωσης ενδιαιτήματος και επιλέχθηκε ως καταλληλότερη η μέθοδος της Μπεϋζιανής Πιθανολογικής Ανάλυσης Ασαφούς Λογικής (FRB). Αναπτύχθηκε σχετικό λογισμικό (HABFUZZ) το οποίο υλοποιεί τον σχετικό FRB αλγόριθμο και χρησιμοποιή-θηκε δισδιάστατο υδροδυναμικό μοντέλο (TELEMAC 2D) βάσει του οποίου προσομοιώθηκαν η ταχύτητα ροής (V) και το βάθος (D) σε ποικίλα σενάρια παροχής σε δύο περιοχές μελέτης στην Ελλάδα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ΒΜ αποκρίνονται στις υδρολογικές μεταβολές-αλλοιώσεις. Η κατανομή, αφθονία και ποικιλότητα της βιοκοινωνίας των ΒΜ πριν και μετά από μια φυσική, μετρίου μεγέθους υδρολογικής διαταραχή (μέτριας έντασης πλημμύρα) παρουσίασαν στατιστικά σημαντικές διαφορές, και η σχετική διαταραχή ‘εξήγησε’ το 42.9% της βιολογικής απόκρισης-διακύμανσης. Οι προτιμήσεις ενδιαιτήματος των ΒΜ ακολουθούν την κανονική (Γκαουσιανή) κατανομή με συγκεκριμένες βέλτιστες τιμές καταλληλότητας για κάθε υδρολογική-υδραυλική παράμετρο: V, D, τύπο υποστρώματος (S) και θερμοκρασία νερού (T). Παρατηρήθηκε ότι δεν είναι όλοι οι αλγόριθμοι κατάλληλοι για την προσομοίωση των προτιμήσεων ενδιαιτήματος των ΒΜ. Η ακρίβεια πρόβλεψης των διαφόρων μεθόδων συσχέτισης, μηχανικής εκμάθησης και ασαφούς λογικής κυμάνθηκε από 49.74% έως 67.92%, και ο FRB αλγόριθμος παρουσίασε ακρίβεια 61.2%. Βάσει αυτού του αλγόριθμου χαρτογραφή-θηκε η καταλληλότητα ενδιαιτήματος σε δύο περιοχές μελέτης. Οι οικοσυστημικής προσέγγι-σης οικολογικές παροχές που εκτιμήθηκαν με τη χρήση υδροδυναμικών μοντέλων ενδιαιτή-ματος ήταν υψηλότερες αυτών που εκτιμήθηκαν με τη χρήση υδρολογικών μεθόδων. Ως εκ τούτου, η διάθεση οικολογικών παροχών θα πρέπει να αναθεωρηθεί προς τα άνω ώστε να διασφαλιστεί η μακροχρόνια λειτουργικότητα-ακεραιότητα των υδρόβιων κοινοτήτων. Εκτός από τη σχετική μεθοδολογία, η συγκεκριμένη μελέτη έδειξε ότι (α) περίπλοκες, στοχαστικού τύπου υδρο-οικολογικές σχέσεις μπορούν να περιγραφούν και να προσομοιωθούν με σχετική ασφάλεια με τη χρήση αλγόριθμων ασαφούς λογικής και (β) η χρήση πολυπαραμετρικών δεικτών παρέχει αξιοπιστία κατά την εκτίμηση της κατάστασης-καταλληλότητας των υδρόβιων κοινοτήτων σε ποικίλα σενάρια παροχής. Μελλοντικές έρευνες θα πρέπει να εστιάσουν (α) στη συλλογή σχετικών υδροοικολογικών δεδομένων αναφοράς, (β) στη ανάλυση-διαχείριση της διακύμανσης σειρών δεδομένων από διαφορετικές εποχές και γεωγραφικές θέσεις και (γ) στην επαλήθευση των προβλέψεων με χρήση ανεξάρτητων δεδομένων πεδίου, ώστε να διασφαλιστεί ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια πρόβλεψης κατά τη διαδικασία εκτίμησης και προσομοίωσης της οικολογικής παροχής κατάντη ανθρωπογενών παρεμβάσεων.